JP2003086344A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で加熱ローラの温度分布が均一に
なるように加熱昇温することができ、誘導コイルの製作
を容易にする。 【解決手段】 交番磁界を発生し加熱ローラ４を加熱す
る誘導コイル７は、加熱ローラ４の軸線方向に沿って延
びる一対の延在コイル部８，９と、加熱ローラ４の軸線
方向の両端部付近にそれぞれ配置され、各延在コイル部
８，９の両端部にそれぞれ連なり、加熱ローラ４の周方
向に沿い加熱ローラ４の軸線に平行な一仮想平面２０へ
の投影形状が直線状に延びる一対のコイル端部１０，１
１とを備える。誘導コイル７は、加熱ローラ４の両端部
に鎖交する磁束密度を均一化して加熱ローラ４の軸線方
向両端部における温度分布のむらを解消する。また誘導
コイル７の内方に形成される空隙部分２２が広く形状矯
正し易いので、寸法精度のよい誘導コイル７の製作が容
易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば乾式電子
写真機器における定着装置、湿式電子写真機器における
乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置お
よびリライタブルメディア用消去装置用等で好適に実施
される誘導加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱装置、たとえば乾式電子写真機器に
おける定着装置、湿式電子写真機器における乾燥装置、
リライタブルメディア用消去装置用の加熱装置におい
て、アルミニウムなどの中空芯金を有する加熱ローラ内
部にハロゲンランプを設け、ハロゲンランプによって加
熱ローラを加熱する構成が、従来から広く用いられてい
る。このハロゲンランプを用いる方式では、加熱効率が
悪いので、加熱開始時の立ち上がりが遅くウォームアッ
プ時間が長くなるという問題がある。そこで、加熱ロー
ラに導電層を設け、導電層に磁界発生手段によって交番
磁界を与えて渦電流を発生させ、この渦電流によるジュ
ール熱で加熱ローラを発熱させるという誘導加熱装置が
注目されている。

【０００３】このような誘導加熱装置の加熱ローラの加
熱効率向上を目的とした先行技術が、たとえば特開２０
００−１８１２５８公報に開示されている。この先行技
術に開示された誘導加熱装置は、加熱ローラの半径方向
外方に磁界発生手段である誘導コイルを設け、誘導コイ
ルのさらに外方に磁界を効率よく発生させるための磁場
遮断手段が設けられていることを特徴とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この先行技術には、以
下の問題点がある。誘導加熱装置の発熱は、加熱ローラ
に備わる導電層に誘導コイルによって発生される交番磁
界の磁束が鎖交し、導電層に渦電流が発生することによ
って起こる。すなわち導電層に渦電流が流れることによ
って、導電層が有する電気抵抗によってジュール発熱す
る。誘導加熱装置を効率よく加熱するためには、多くの
磁束を加熱ローラに鎖交させなければならない。加熱ロ
ーラに鎖交させる磁束密度に対しては誘導コイルの形状
が影響するけれども、前記先行技術には誘導コイルの適
正な形状については開示されていない。たとえばコイル
素線の巻回された誘導コイルの中心部に形成されるコイ
ル素線の存在しない空隙部分が小さな誘導コイルを磁界
発生手段として使用した場合、磁界は磁場遮断部材によ
って効率よく発生されるけれども、前記空隙部分で磁気
が容易に飽和してしまうので、加熱ローラに磁束を効率
的に鎖交させることができず加熱効率がよくないという
問題がある。

【０００５】また加熱ローラの加熱効率を向上させるた
めに、誘導コイルの周囲に比透磁率の高いコア材を配置
して磁束密度を高くする方法があるけれども、比透磁率
の高い素材からなるコア材は高価なので、コア材を使用
することによって誘導加熱装置の製造コストが増大す
る。またコア材を使用することなく加熱ローラの加熱効
率を向上させるために、コイル素線の巻き密度を大きく
し高密度の磁束を発生させる方法があるけれども、コイ
ル素線の巻き密度を大きくすると誘導コイルのコイル端
部が円弧状に形成され、誘導コイルのコイル端部におけ
る誘導コイルの内方と外方との磁束密度が大きく異なる
ので、加熱ローラの軸線方向の温度分布にむらを生じ
る。

【０００６】また、加熱ローラの軸線方向に沿って延び
る誘導コイルのコイル延在部同志の間隔が狭い場合、コ
イル素線の巻き癖の修正が難しいので、誘導コイルに巻
回されたコイル素線の形状が悪いまま交番磁界を発生さ
せることがある。誘導コイルの形状が悪いと、その形状
に従って磁束密度が不所望に変化するので、加熱ローラ
の加熱効率が悪く温度分布にむらを生じることがある。

【０００７】本発明の目的は、簡易な構成で加熱ローラ
の温度分布が均一になるように加熱昇温することがで
き、誘導コイルの製作が容易な誘導加熱装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）交番磁
界中で発熱する導電層を備える加熱ローラと、（ｂ）加
熱ローラの外周面から半径方向外方に間隔をあけて設け
られ、加熱ローラの外周面を部分的に覆い交番磁界を発
生する誘導コイルであって、導電性を有する線状のコイ
ル素線が巻回されてなり、加熱ローラの軸線方向に沿っ
て延びる一対の延在コイル部と、加熱ローラの軸線方向
の両端部付近にそれぞれ配置され、各延在コイル部の両
端部にそれぞれ連なり、加熱ローラの周方向に沿い加熱
ローラの軸線に平行な一仮想平面への投影形状が直線状
に延びる一対のコイル端部とを備える誘導コイルと、
（ｃ）加熱ローラの表面温度を検出する温度検出手段と
を含むことを特徴とする誘導加熱装置である。

【０００９】本発明に従えば、誘導コイルは、加熱ロー
ラの軸線に平行な一仮想平面への投影形状が略長方形に
形成される。このことによって、一対のコイル端部にお
いてそれぞれ発生する磁界の磁束密度は、誘導コイルの
内方と外方とにおいてほぼ均一になるので、磁束の鎖交
によって渦電流が発生し発熱する加熱ローラの両端部付
近における温度分布のむらが解消される。またコイル延
在部が、加熱ローラの端部付近までより長く形成される
ので、加熱ローラ端部の発熱量の低下が抑制され、加熱
ローラの両端部付近における温度低下が防止される。

【００１０】また本発明は、前記誘導コイルは、一対の
延在コイル部の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線
同志の間隔Ｗ１が、１２ｍｍ以上、より好ましくは２０
ｍｍ以上に形成されることを特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、コイル延在部の最内方に
配置されるコイル素線同志の間隔Ｗ１が、１２ｍｍ以
上、より好ましくは２０ｍｍ以上になるように誘導コイ
ルが形成されるので、誘導コイル中央部のコイル素線が
存在しない空隙部分の面積を大きくすることができる。
このことによって、誘導コイルによって発生される磁束
の通過する前記空隙部分は、容易に磁気飽和することが
ないので、磁束を無駄なく効率的に加熱ローラに導き鎖
交させることができる。したがって、簡易な構成で効率
よく加熱ローラを加熱することができる。

【００１２】また前記空隙部分の面積が大きく形成され
ることによって、誘導コイルの成形時にコイル素線の巻
き癖の矯正を容易に行うことができるので、捩れまたは
歪みの矯正された寸法精度のよい誘導コイルを容易に製
作することができる。このことによって、誘導コイルの
形状不良に基づく磁束密度の不所望な変化が抑制される
ので、効率よく加熱ローラを加熱し、加熱ローラの温度
分布むらの発生を防止することができる。

【００１３】また本発明は、前記温度検出手段は、加熱
ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部同志
の中間に設けられることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、温度検出手段は、加熱ロ
ーラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部同志の
中間に設けられる。加熱ローラの外周面から半径方向外
方かつ延在コイル部同志の中間にあたる位置は、誘導コ
イルによって形成される空隙部分の加熱ローラ周方向の
中間に該当する。空隙部分の加熱ローラ周方向の中間に
該当する位置の磁束密度は低いので、磁界ノイズの影響
を受けにくい。また加熱ローラ表面の温度分布は、誘導
コイルによって形成される空隙部分に対して線対称に形
成される。したがって、温度検出手段を空隙部分の加熱
ローラ周方向の中間に設けることによって、加熱ローラ
の表面温度を精度よく検出することができる。また温度
検出手段は、誘導コイルによって形成される空隙部分に
配置されるので、設置場所の取合いの問題を解決するこ
とが可能であるとともに、装置の小型化に寄与すること
ができる。

【００１５】また本発明は、前記誘導コイルは、コイル
素線が加熱ローラの半径方向に２層以上積層して巻回さ
れて形成されることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、誘導コイルは、コイル素
線が加熱ローラの半径方向に２層以上積層して巻回され
て形成されるので、コイル素線の巻数が同じでコイル素
線を積層することなく単層に形成される誘導コイルと比
較すると、誘導コイルの空隙部分の面積を大きくするこ
とができる。このことによって、磁束が通過する空隙部
分における磁気飽和が起こりにくいので、加熱ローラに
磁束を効率的に鎖交させて加熱効率を向上することが可
能になる。

【００１７】また本発明は、前記誘導コイルは、コイル
素線を加熱ローラの外周面から半径方向外方に向って予
め定められた層数を積層して巻回すことを繰返して形成
されることを特徴とする。

【００１８】本発明に従えば、誘導コイルは、１本の連
続したコイル素線を加熱ローラの外周面から半径方向外
方に向って予め定められた層数を積層して巻回すことを
繰返して形成されるので、加熱ローラが加熱されて発生
する輻射熱を、加熱ローラに最も近接して巻回された最
内層のコイル素線から加熱ローラに最も離反して巻回さ
れた最外層のコイル素線にまで熱伝導することができ
る。このことによって、最外層のコイル素線からの放熱
効果を有効に利用することができるので、誘導コイルの
温度上昇を抑制し、誘導コイルの昇温による熱効率の低
下を防止することができる。また誘導コイル全体の温度
分布を均一化し、熱膨張に基づく誘導コイルの一方向へ
の変形である反りの発生を防止できる。

【００１９】また本発明は、前記いずれかに記載の誘導
加熱装置と、記録媒体に可視像を形成する可視像形成手
段と、記録媒体を搬送する搬送手段とを含むことを特徴
とする画像形成装置である。

【００２０】本発明に従えば、画像形成装置は、前記い
ずれか１つの誘導加熱装置を含むので、記録媒体の搬送
方向に直交する方向に加熱むらのない良好な品質の画像
を形成することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態であ
る誘導加熱装置１の構成を簡略化して示す平面図であ
り、図２は図１に示す誘導加熱装置１の正面図であり、
図３は図１に示す誘導加熱装置１の側面図であり、図４
は図１に示す誘導加熱装置１の概略断面図であり、図５
は図１に示す誘導加熱装置１を備える画像形成装置２の
構成を簡略化して示す概略断面図である。

【００２２】誘導加熱装置１である定着装置は、交番磁
界中で発熱する導電層３を備える加熱ローラ４と、加熱
ローラ４に対向して設けられ加熱ローラ４との間に記録
媒体５である記録紙を挟圧して搬送する加圧ローラ６
と、加熱ローラ４の外周面から半径方向外方に間隔をあ
けて設けられ、加熱ローラ４の外周面を部分的に覆い交
番磁界を発生する誘導コイル７であって、導電性を有す
る線状のコイル素線２１が巻回されてなり、加熱ローラ
４の軸線方向に沿って延びる一対の第１および第２延在
コイル部８，９と、加熱ローラ４の軸線方向の両端部付
近にそれぞれ配置され、各延在コイル部８，９の両端部
にそれぞれ連なり、加熱ローラ４の周方向に沿い加熱ロ
ーラ４の軸線に平行な一仮想平面２０への投影形状が直
線状に延びる一対の第１および第２コイル端部１０，１
１とを備える誘導コイル７と、加熱ローラ４の表面温度
を検出する温度検出手段１２と、励磁回路１３とを含
む。

【００２３】定着装置１は、加熱ローラ４と加圧ローラ
６との間に、トナー像を担持する記録紙５を挟圧搬送す
ることによって、記録紙５に転写されたトナー１４を、
加熱溶融させて定着させる。図４では、定着前のトナー
１４が、定着後のトナー１５に変化したことを示す。

【００２４】加熱ローラ４は、中空円筒状の形状を有
し、定着装置１の機体に回転自在に支持される。加熱ロ
ーラ４の軸線方向両端部にはフランジ１８が装着され、
フランジ１８には歯車などが取付けられ、加熱ローラ４
は歯車を介して電動機によって回転される。また加熱ロ
ーラ４は、交番磁界中で発熱する導電層３と、導電層３
の外周に被覆される離型層１６とを含む。

【００２５】導電層３は、円筒形状を有し、たとえば鉄
またはＳＵＳ４３０ステンレス鋼などの導電性を有する
金属製部材である。導電層３は、誘導コイル７によって
形成される交番磁界中で渦電流が誘導されて発熱する発
熱体であり、その素材としては、磁性を有し導電性のあ
る材料であればよく、特に比透磁率の高い材料が適して
いる。導電層３の素材としては、前述の材料以外でも珪
素鋼板、電磁鋼板およびニッケル鋼なども使用すること
ができる。

【００２６】また、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼のように
非磁性であっても、体積抵抗率の大きい材料であれば、
渦電流が発生するときの発熱量が大きいので、導電層３
の素材として使用することができる。さらに、たとえば
セラミックのような非磁性の材料が基材として用いられ
ている場合であっても、前述のような比透磁率の高い材
料が導電性を保持できるように基材に配置されていれ
ば、導電層３として使用することができる。本実施の形
態では、直径：４０ｍｍ，厚み：０．５ｍｍの鉄ロー
ラ、材質は日本工業規格Ｇ３４４５に規定されるＳＴＫ
Ｍ鋼管材を使用した。

【００２７】離型層１６は、加熱ローラ４と加圧ローラ
６とが当接して押圧されている接触ニップ部１７におい
て、加熱されて粘度が低下したトナーが、加熱ローラ４
の外周面に付着するオフセットを防止するために、導電
層３の外周面に被覆される。離型層１６には、ポリテト
ラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）もしくはテトラフルオ
ロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの
共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素系の材料、シリコンゴ
ムおよびフッ素ゴムなどが適している。本実施の形態で
は、離型層１６としてＰＴＦＥを厚み２０μｍに被覆し
た。

【００２８】加圧ローラ６は、円柱状もしくは円筒状の
形状を有し、鉄、ステンレス鋼もしくはアルミニウム製
の芯金の外周面上にシリコンゴムなどの耐熱弾性層が設
けられた部材である。耐熱弾性層の外周面上には、ＰＴ
ＦＥもしくはＰＦＡなどからなるトナー付着防止のため
の離型層が設けられてもよい。加圧ローラ６には加圧ロ
ーラ６と軸線を共有する加圧ローラ軸１９が設けられ、
加圧ローラ軸１９が図示しない軸受に装着されて回転自
在に支持される。また加圧ローラ６は、ばね等の弾性部
材によって加熱ローラ４に対して押圧される。このこと
によって、加熱ローラ４および加圧ローラ６の軸線に対
して直交する方向に幅５ｍｍ程度の前記接触ニップ部１
７が形成される。

【００２９】誘導コイル７は、直径：０．４ｍｍのエナ
メル線を複数撚り合わせたリッツ線からなるコイル素線
２１をコイル状に巻回して形成される。本実施の形態で
は、コイル素線２１としてリッツ線を使用したけれど
も、これに限定されることなく、アルミニウム線、銅線
もしくは銅を基材とする複合材料の線であってもよい。
前述のいずれの材料を用いる場合であっても、誘導コイ
ル７自体の抵抗発熱によるエネルギ損失を抑制するため
に、誘導コイル７の全抵抗値は、０．５Ω以下であるこ
とが望ましく、さらに望ましくは０．１Ω以下である。

【００３０】誘導コイル７は、前述のように加熱ローラ
４の軸線方向に沿って延びる一対の第１および第２延在
コイル部８，９と、加熱ローラ４の軸線方向の両端部付
近にそれぞれ配置され、各延在コイル部８，９の両端部
にそれぞれ連なり加熱ローラ４の周方向に沿って延びる
第１および第２コイル端部１０，１１とを含み、加熱ロ
ーラ４の軸線に平行な一仮想平面２０への投影形状が、
略長方形になるように形成される。

【００３１】誘導コイル７は励磁回路１３に接続され、
励磁回路１３から誘導コイル７に高周波電流を流すこと
によって交番磁界を発生する。交番磁界によって、加熱
ローラ４に設けられた導電層３に渦電流が発生し、導電
層３は誘導加熱される。導電層３が誘導加熱されること
によって、加熱ローラ４が昇温すると、加熱ローラ４の
外周面に当接する温度検出手段１２が表面温度を検出
し、その検出出力に応答して励磁回路１３の動作が、励
磁回路１３に備えられるたとえばＣＰＵ(CentralProces
sing Unit）を搭載した制御回路によって制御され、加
熱ローラ４の表面温度が一定に保たれる。

【００３２】温度検出手段１２は、たとえばサーミスタ
などによって実現される温度計であり、加熱ローラ４の
外周面から半径方向外方かつ第１および第２延在コイル
部８，９同志の中間に設けられる。加熱ローラ４の外周
面から半径方向外方かつ第１および第２延在コイル部
８，９同志の中間にあたる位置は、誘導コイル７を形成
するコイル素線２１が巻回されていない誘導コイル７の
中央部分である空隙部分２２の加熱ローラ４周方向の中
間に該当する。空隙部分２２の加熱ローラ４周方向の中
間に該当する位置の磁束密度は低いので磁界ノイズの影
響を受けにくく、また加熱ローラ４表面の温度分布は、
誘導コイル７によって形成される空隙部分２２に対して
線対称に形成される。したがって、温度検出手段１２を
空隙部分２２の加熱ローラ４周方向の中間に設けること
によって、加熱ローラ４の表面温度を精度よく検出する
ことが可能になる。また設置場所の取合いの問題を解決
することが可能であり装置の小型化に寄与できる。

【００３３】次に、前述のように構成された定着装置１
の動作について説明する。まず、ウォームアップ時にお
いて、励磁回路１３がＯＮとなり、誘導コイル７が励磁
されて加熱ローラ４の導電層３に渦電流が誘起され、ジ
ュール熱によって発熱する。このときの発熱量は、たと
えば９００Ｗである。また、励磁回路１３による通電が
開始すると同時に、加熱ローラ４が回転駆動され、加熱
ローラ４に押圧されている加圧ローラ６は従動回転す
る。加熱ローラ４の表面温度は、温度検出手段１２によ
って常時検出され、加熱ローラ４の表面温度が規定の設
定温度たとえば１８０℃に達すると、ウォームアップが
完了し、励磁回路１３による誘導コイル７への通電が、
ＯＮ−ＯＦＦ制御に切換わり、加熱ローラ４の表面温度
が前記規定の設定温度に維持される。

【００３４】ウォームアップが完了した状態の定着装置
１の接触ニップ部１７に、定着前トナー１４の画像が転
写された記録紙５を通過させることによって、定着前ト
ナー１４は、加熱ローラ４から熱を受け、また加熱ロー
ラ４と加圧ローラ６との押圧による圧力を受けて、記録
紙５上に溶融定着されて堅牢な画像となる。定着むらの
ないよい品質の画像を記録紙５上に形成するためには、
記録紙５の搬送方向および搬送方向に直交する方向に記
録紙５を均一に加熱する必要がある。

【００３５】しかしながら、搬送方向に直交する方向、
特に加熱ローラ４の軸線方向の両端部付近において加熱
ローラ４の温度は低下しやすく、両端部において温度低
下を生じた加熱ローラ４によって加熱し搬送された記録
紙５上の画像に定着むらを生じることがあった。図６は
誘導コイル７によって発生する磁束２３の状態を示す部
分平面図であり、図７は屈曲したコイル端部６５を有す
る誘導コイル６１によって発生する磁束６２の状態を示
す部分平面図であり、図８は加熱ローラ４の軸線方向の
温度分布を示す図である。

【００３６】誘導コイル６１は、加熱ローラ４の軸線方
向に沿って延びる一対の延在コイル部６３，６４と、加
熱ローラ４の軸線方向の両端部付近にそれぞれ配置さ
れ、加熱ローラ４の周方向に沿って延び、各延在コイル
部６３，６４の一方および他方の端部同志に連結する一
対の屈曲したコイル端部６５（図７では一方の端部側の
み図示する）とを有する。コイル端部６５は、誘導コイ
ル６１の内方に曲率中心を有して屈曲しているので、誘
導コイル６１によって発生する磁束６２の密度は、誘導
コイル６１の内方において大きくなり、外方において小
さくなる。加熱ローラ４の導電層３に渦電流が誘起され
て発熱する発熱量は、導電層３に鎖交する磁束密度に対
応するので、誘導コイル６１によって誘導加熱される加
熱ローラ４は、磁束密度の小さくなる軸線方向の両端部
が中央部分に比べて温度低下を生じる。

【００３７】図６に示す本実施の形態の誘導コイル７
は、前記一仮想平面２０に対する投影形状が略長方形に
形成される。すなわち一仮想平面２０に対する投影形状
でみると、第１および第２コイル端部１０，１１は、加
熱ローラ４の周方向に直線状に延びて形成される（図６
では加熱ローラ４の一端部側のみ図示）。したがって、
第１および第２コイル端部１０，１１において、誘導コ
イル７によって発生する磁束２３の密度は、誘導コイル
７の第１および第２コイル端部１０，１１の内方と外方
とにおいてほとんど均一である。また第１および第２コ
イル延在部８，９が、加熱ローラ４の両端部付近までよ
り長く形成されるので、加熱ローラ４の両端部における
発熱量の低下が抑制され、加熱ローラ４の両端部付近に
おける温度低下が防止される。

【００３８】図８中に示す第１ライン２４は、本実施の
形態の誘導コイル７によって誘導加熱された加熱ローラ
４の軸線方向の温度分布を表し、第２ライン６６は、コ
イル端部６５の屈曲した誘導コイル６１によって誘導加
熱された加熱ローラ４の軸線方向の温度分布を表す。第
１ライン２４によって表される温度分布の方が、加熱ロ
ーラ４の軸線方向の端部により近接した位置まで軸線方
向中央部と同一温度が保持され、加熱ローラ４の軸線方
向端部付近における温度分布のむらが解消されている。

【００３９】図５に戻って、定着装置１を備える本実施
の形態の画像形成装置２による画像形成について説明す
る。画像形成装置２は、記録紙５上に可視像を形成する
４組の可視像形成手段３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂ
と、記録紙５を収納する記録紙トレー４１と、記録紙５
を搬送する搬送手段４２とを含む。記録紙トレー４１
は、矢符４３に示す記録紙５の搬送方向最上流側に配置
され、記録紙５を載置して蓄えるとともに、画像を形成
するときには、記録紙５を１枚ずつ分離して給送する。
４組の可視像形成手段３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂ
は、イエロー３１Ｙ、マゼンタ３１Ｍ、シアン３１Ｃ、
ブラック３１Ｂが、矢符４３に示す記録紙５の搬送方向
上流側から下流側に向ってこの順序で搬送手段４２に沿
って設けられる。

【００４０】イエローの可視像形成手段３１Ｙは、感光
体３２と、帯電ローラ３３と、レーザ照射手段３４と、
現像器３５と、転写ローラ３６と、クリーナ３７とを含
む。感光体３２は、画像形成装置２の機体に回転自在に
設けられ、表面には静電潜像が形成される。帯電ローラ
３３は、感光体３２に対向配置され、感光体３２の表面
を一様に帯電させる。レーザ照射手段３４は、画像情報
に応じて感光体３２の表面をレーザ露光し、静電潜像を
形成させる。

【００４１】現像器３５は、感光体３２と予め定める間
隔を有して対向配置され、感光体３２にトナーを供給し
て静電潜像を現像し、顕像化する。転写ローラ３６は、
後述の無端状ベルト４４を介して感光体３２と対向配置
され、トナーとは逆のバイアス電圧が印加されて、感光
体３２の表面に形成されるトナー像を記録紙５上に転写
する。クリーナ３７は、トナー像が感光体３２から記録
紙５上に転写された後、感光体３２の表面に残留したト
ナーを除去し、次の現像に備えて感光体３２の表面をク
リーニングする。他の可視像形成手段３１Ｍ，３１Ｃ，
３１Ｂは、トナーの色が異なる点を除いて可視像形成手
段３１Ｙと同一の構成を有する。

【００４２】搬送手段４２は、駆動ローラ４５と、アイ
ドリングローラ４６と、駆動ローラ４５とアイドリング
ローラ４６とによって架張されて回動可能な無端状ベル
ト４４とを含む。駆動ローラ４５は、図５の紙面に垂直
方向の軸線まわりに電動機などによって回転駆動され
る。アイドリングローラ４６は駆動源を持たないけれど
も、駆動ローラ４５の回転駆動力が無端状ベルト４４に
より伝えられて、駆動ローラ４５と同一方向の軸線まわ
りに従動回転する。駆動ローラ４５とアイドリングロー
ラ４６との間に架張された無端状ベルト４４は、駆動ロ
ーラ４５の回転駆動にともなって矢符４３に示す方向
に、たとえば速度１３４ｍｍ／秒で回動し記録紙５を静
電吸着させて搬送する。

【００４３】画像形成装置２においては、次のように画
像が形成される。記録紙トレー４１から１枚ずつ給送さ
れる記録紙５は、無端状ベルト４４によって矢符４３方
向に搬送される。まず可視像形成手段３１Ｙでは、感光
体３２が表面を帯電ローラ３３によって一様に帯電さ
れ、その後感光体３２の表面が、レーザ照射手段３４に
より画像情報に応じてレーザ露光されて静電潜像が形成
される。現像器３５により感光体３２上の静電潜像に対
してトナー像が現像され、この顕像化されたトナー像が
トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ロー
ラ３６によって、無端状ベルト４４上の記録紙５に転写
される。

【００４４】記録紙５には、矢符４３に示す方向に搬送
される途上において、搬送方向下流側に配置された他の
各可視像形成手段３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂによって、各
色のトナーが順次多重転写される。４組の可視像形成手
段３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｂによる転写が終了し
た後、記録紙５は、駆動ローラ４５に形成された曲率に
より、無端状ベルト４４から剥離され、定着装置１に搬
送される。定着装置１において、トナー像を担持した記
録紙５は、加熱ローラ４と加圧ローラ６との間で挟圧さ
れて適度な温度と圧力が与えられ、トナーは溶解して記
録紙５に定着され堅牢な画像となる。

【００４５】図９は本発明の第２の実施の形態である定
着装置に備わる誘導コイル４５の構成を簡略化して示す
概略断面図であり、図１０は図９に示す誘導コイル４５
の部分平面図である。本実施の形態の誘導コイル４５
は、実施の第１形態の誘導コイル７と類似し、対応する
部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。第２
の実施の形態である定着装置に備わる誘導コイル４５
は、コイル素線２１が加熱ローラ４の半径方向に２層に
積層して巻回されて形成されることを特徴とする。

【００４６】後述する図１１および図１２には、本実施
の形態の誘導コイル４５との比較のために屈曲したコイ
ル端部７０を有する誘導コイル７１を示す。図１１は屈
曲したコイル端部７０を有する誘導コイル７１の構成を
簡略化して示す概略断面図であり、図１２は図１１に示
す誘導コイル７１の部分平面図である。

【００４７】たとえば、コイル素線の巻数を１２巻とし
て誘導コイルを形成する場合について説明する。コイル
素線７４を積層することなく単層に巻回して形成される
誘導コイル７１と、コイル素線２１を加熱ローラ４の半
径方向に２層積層して巻回して形成される誘導コイル４
５とを比較すると、誘導コイル４５の方が、誘導コイル
４５によって形成される空隙部分２２の面積を大きくす
ることができる。すなわち、誘導コイル４５の第１およ
び第２延在コイル部８，９の最内方にそれぞれ配置され
るコイル素線２１ａ，２１ｂ同志の間隔Ｗ１と、誘導コ
イル７１の第１および第２延在コイル部７２，７３の最
内方にそれぞれ配置されるコイル素線７４ａ，７４ｂ同
志の間隔Ｗ２とを比較すると、Ｗ１＞Ｗ２である。した
がって、誘導コイル４５では、磁束が通過する空隙部分
２２における磁気飽和が起こりにくいので、加熱ローラ
４に磁束を効率的に鎖交させて加熱効率を向上すること
が可能になる。

【００４８】コイル素線７４を単層に巻回した誘導コイ
ル７１の前記間隔Ｗ２を大きくするようにコイル素線７
４を巻回して誘導コイル７１を形成することができるけ
れども、誘導コイル７１のコイル端部７０が大きな曲率
を有するようになり、誘導コイル７１を設置するスペー
スの確保が困難になるという問題があるので、コイル素
線を加熱ローラ４の半径方向に積層して巻回すことが好
ましい。

【００４９】また本実施の形態の誘導コイル４５では、
第１および第２延在コイル部８，９の最内方にそれぞれ
配置されるコイル素線２１ａ，２１ｂ同志の間隔Ｗ１
が、１２ｍｍ以上、より好ましくは２０ｍｍ以上に形成
される。図１３は間隔Ｗ１が大きく形成された誘導コイ
ル４５を示す概略断面図であり、図１４は間隔Ｗ３が小
さく形成された誘導コイル４７を示す概略断面図であ
り、図１５はコイル延在部の最内方に配置されるコイル
素線同志の間隔が加熱ローラ４の昇温特性に及ぼす影響
を示す図である。

【００５０】図１３〜図１５に基づいて誘導コイルの一
対の延在コイル部の最内方にそれぞれ配置されるコイル
素線同志の間隔が、加熱ローラ４の昇温特性に及ぼす影
響について説明する。図１３に示す誘導コイル４５で
は、第１および第２延在コイル部８，９の最内方にそれ
ぞれ配置されるコイル素線２１ａ，２１ｂ同志の間隔Ｗ
１は、２０ｍｍに設定される。このとき加熱ローラ４の
軸心４６と第１および第２延在コイル部８，９の最内方
に配置されるコイル素線２１ａ，２１ｂとをそれぞれ結
ぶ直線によって形成される角度θ１は１２０度に設定さ
れる。図１４に示す誘導コイル４７では、第１および第
２延在コイル部４８，４９の最内方にそれぞれ配置され
るコイル素線５０ａ，５０ｂ同志の間隔Ｗ３は、８ｍｍ
に設定される。このとき加熱ローラ４の軸心４６と第１
および第２延在コイル部４８，４９の最内方に配置され
るコイル素線５０ａ，５０ｂとをそれぞれ結ぶ直線によ
って形成される角度θ２は３０度に設定される。

【００５１】誘導コイル４５および誘導コイル４７に９
００Ｗの電力を投入し、トナー画像を記録紙５上に定着
する定着装置１の運転時における加熱ローラ４の設定温
度である１８０℃に達するまでの所要時間を計測して昇
温特性を評価した。図１５中に示す第３ライン５１が、
前記間隔Ｗ１が２０ｍｍに設定された誘導コイル４５に
よる加熱ローラ４の昇温特性を表し、第４ライン５２
が、前記間隔Ｗ３が８ｍｍに設定された誘導コイル４７
による加熱ローラ４の昇温特性を表す。前記間隔Ｗ１が
２０ｍｍに設定された誘導コイル４５によって加熱され
た加熱ローラ４が、１８０℃に達するまでの所要時間は
２０秒であり、前記間隔Ｗ３が８ｍｍに設定された誘導
コイル４７によって加熱された加熱ローラ４の所要時間
は２３秒であった。前記間隔Ｗ１を１２ｍｍに設定した
誘導コイルを形成し、同一の条件によって加熱ローラ４
を加熱し、１８０℃に達するまでの所要時間を計測した
結果は２１秒であった。

【００５２】誘導コイルに形成される一対の延在コイル
部の最内方にそれぞれ配置されるコイル素線同志の間隔
が大きくなるのにともなって、誘導コイルによって加熱
される加熱ローラ４が設定温度に達するまでの所要時間
が短くなり、昇温特性が向上する。定着装置１の実操業
においては、ウォームアップ時間短縮の要請に従い、加
熱ローラ４が設定温度である１８０℃に達するまでの所
要時間は２０〜２１秒以内であることが好ましい。した
がって、誘導コイル４５に形成される第１および第２延
在コイル部８，９の最内方にそれぞれ配置されるコイル
素線２１ａ，２１ｂ同志の間隔Ｗ１は、前述のように１
２ｍｍ以上、より好ましくは２０ｍｍ以上に設定され
る。

【００５３】このように前記間隔Ｗ１が大きくなるよう
に誘導コイル４５を形成、すなわち空隙部分２２が大き
くなるように誘導コイル４５を形成することによって、
磁束の通過する空隙部分２２は容易に磁気飽和すること
がないので、磁束を無駄なく効率的に加熱ローラ４に導
き鎖交させることができる。したがって、コイル素線２
１を加熱ローラ４の半径方向に２層に積層して巻回して
誘導コイル４５を形成し、誘導コイル４５の前記間隔Ｗ
１および空隙部分２２を大きくするという簡易な構成で
効率よく加熱ローラ４を加熱し、設定温度まで到達する
のに要する時間を短くすることができる。

【００５４】また空隙部分２２の面積が大きく形成され
ることによって、誘導コイル４５の成形時にコイル素線
２１の巻き癖の矯正を容易に行うことができるので、捩
れまたは歪みの矯正された寸法精度のよい誘導コイル４
５を容易に製作することができる。このことによって、
誘導コイル４５の形状不良に基づく磁束密度の不所望な
変化が抑制されるので、効率よく加熱ローラ４を加熱
し、加熱ローラ４の温度分布むらの発生を防止すること
ができる。

【００５５】次に誘導コイルを形成するに際してコイル
素線を巻回して積層する順序が、加熱効率に及ぼす影響
について説明する。図１６はコイル素線２１を加熱ロー
ラ４の半径方向外方に向って積層して巻回す状態を示す
概略断面図であり、図１７はコイル素線５４を加熱ロー
ラ４の周方向に順次巻き位置をずらせながら巻回す状態
を示す概略断面図である。

【００５６】誘導コイル４５では、加熱ローラ４の外周
面に近接する側である内層の巻き順ｓ１に示すコイル素
線２１が巻回された後、巻き順ｓ１の加熱ローラ４の半
径方向外方側である外層に積層し巻き順ｓ２に示すコイ
ル素線２１が巻回される。次いでコイル素線２１の巻き
位置を加熱ローラ４の周方向にずらせて、前述と同様に
内層の巻き順ｓ３に示すコイル素線２１が巻回された
後、外層に積層し巻き順ｓ４に示すコイル素線２１が巻
回される。さらに巻き順ｓ４〜ｓ１２までを前述同様に
内層外層の順に繰返しコイル素線２１を巻回して誘導コ
イル４５が形成される。

【００５７】一方図１７に示す誘導コイル５３は、前記
誘導コイル４５とは異なる順序でコイル素線５４が巻回
されて形成される。誘導コイル５３では、加熱ローラ４
の外周面に近接する側である内層の巻き順ｐ１に示すコ
イル素線５４が巻回された後、巻き位置を加熱ローラ４
の周方向にずらせて巻き順ｐ２に示すコイル素線５４が
巻回される。さらに加熱ローラ４の周方向に巻き位置を
順次ずらして巻き順ｐ３〜ｐ６に示すコイル素線５４が
巻回されて、誘導コイル５３の内層が形成される。内層
が形成された後、巻き位置を加熱ローラ４の半径方向外
方にずらせ、巻き順ｐ７に示す外層のコイル素線５４を
巻回す。さらに外層において加熱ローラ４の周方向であ
って内層を形成した方向と逆の方向に巻き位置を順次ず
らして巻き順ｐ８〜ｐ１２に示すコイル素線５４が巻回
されて、誘導コイル５３の外層が形成される。

【００５８】加熱ローラ４が加熱されて発生する輻射熱
の伝わり方を、誘導コイル４５と誘導コイル５３とにお
いて比較すると、以下のようである。誘導コイル５３で
は、加熱ローラ４の輻射熱を巻き順ｐ１〜ｐ６に示され
る内層のコイル素線が受けるけれども、巻き順ｐ１〜ｐ
６に示す内層から巻き順ｐ７〜ｐ１２に示す外層への熱
伝導は、１本のコイル素線５４が連なる巻き順ｐ６から
ｐ７においてしか起こらないので、内層のコイル素線が
受けた輻射熱は、外層のコイル素線へ熱伝導されにく
い。

【００５９】誘導コイル４５では、内層のコイル素線２
１が受けた加熱ローラ４の輻射熱は、内層のコイル素線
２１にそれぞれ連なる外層のコイル素線２１に伝導され
るので、内層から外層への熱伝導が効率よく行われる。
外層のコイル素線２１に伝導された熱は、外層のコイル
素線２１から大気中へ放熱されるので、外層のコイル素
線２１の放熱効果を有効に利用することができる。この
ことによって誘導コイル４５の温度上昇が抑制され、誘
導コイル４５の昇温による熱効率の低下が防止される。
また誘導コイル４５全体の温度分布を均一化できるの
で、熱膨張に基づく誘導コイル４５の一方向への変形で
ある反りの発生を防止できる。

【００６０】以上に述べたように、本発明の実施の形態
では、誘導コイル７は、加熱ローラ４の軸線方向に１つ
設けられているけれども、これに限定されることなく、
トナーを定着させる記録紙５の寸法に応じて複数個が設
けられてもよい。また誘導コイル４５は、加熱ローラ４
の半径方向外方にコイル素線２１を２層に積層して巻回
して形成されるけれども、これに限定されることなく、
２層を超える層数に積層されてもよい。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、誘導コイルは、加熱ロ
ーラの軸線に平行な一仮想平面への投影形状が略長方形
に形成される。このことによって、一対のコイル端部に
おいてそれぞれ発生する磁界の磁束密度は、誘導コイル
の内方と外方とにおいてほぼ均一になるので、磁束の鎖
交によって渦電流が発生し発熱する加熱ローラの両端部
付近における温度分布のむらが解消される。またコイル
延在部が、加熱ローラの端部付近までより長く形成され
るので、加熱ローラ端部の発熱量の低下が抑制され、加
熱ローラの両端部付近における温度低下が防止される。

【００６２】また本発明によれば、コイル延在部の最内
方に配置されるコイル素線同志の間隔Ｗ１が、１２ｍｍ
以上、より好ましくは２０ｍｍ以上になるように誘導コ
イルが形成されるので、誘導コイル中央部のコイル素線
が存在しない空隙部分の面積を大きくすることができ
る。このことによって、誘導コイルによって発生される
磁束の通過する前記空隙部分は、容易に磁気飽和するこ
とがないので、磁束を無駄なく効率的に加熱ローラに導
き鎖交させることができる。したがって、簡易な構成で
効率よく加熱ローラを加熱することができる。

【００６３】また前記空隙部分の面積が大きく形成され
ることによって、誘導コイルの成形時にコイル素線の巻
き癖の矯正を容易に行うことができるので、捩れまたは
歪みの矯正された寸法精度のよい誘導コイルを容易に製
作することができる。このことによって、誘導コイルの
形状不良に基づく磁束密度の不所望な変化が抑制される
ので、効率よく加熱ローラを加熱し、加熱ローラの温度
分布むらの発生を防止することができる。

【００６４】また本発明によれば、温度検出手段は、加
熱ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部同
志の中間に設けられる。加熱ローラの外周面から半径方
向外方かつ延在コイル部の中間にあたる位置は、誘導コ
イルによって形成される空隙部分の加熱ローラ周方向の
中間に該当する。空隙部分の加熱ローラ周方向の中間に
該当する位置の磁束密度は低いので、磁界ノイズの影響
を受けにくい。また加熱ローラ表面の温度分布は、誘導
コイルによって形成される空隙部分に対して線対称に形
成される。したがって、温度検出手段を空隙部分の加熱
ローラ周方向の中間に設けることによって、加熱ローラ
の表面温度を精度よく検出することができる。また温度
検出手段は、誘導コイルによって形成される空隙部分に
配置されるので、設置場所の取合いの問題を解決するこ
とが可能であるとともに、装置の小型化に寄与すること
ができる。

【００６５】また本発明によれば、誘導コイルは、コイ
ル素線が加熱ローラの半径方向に２層以上積層して巻回
されて形成されるので、コイル素線の巻数が同じでコイ
ル素線を積層することなく単層に形成される誘導コイル
と比較すると、誘導コイルの空隙部分の面積を大きくす
ることができる。このことによって、磁束が通過する空
隙部分における磁気飽和が起こりにくいので、加熱ロー
ラに磁束を効率的に鎖交させて加熱効率を向上すること
が可能になる。

【００６６】また本発明によれば、誘導コイルは、１本
の連続したコイル素線を加熱ローラの外周面から半径方
向外方に向って予め定められた層数を積層して巻回すこ
とを繰返して形成されるので、加熱ローラが加熱されて
発生する輻射熱を、加熱ローラに最も近接して巻回され
た最内層のコイル素線から加熱ローラに最も離反して巻
回された最外層のコイル素線にまで熱伝導することがで
きる。このことによって、最外層のコイル素線からの放
熱効果を有効に利用することができるので、誘導コイル
の温度上昇を抑制し、誘導コイルの昇温による熱効率の
低下を防止することができる。また誘導コイル全体の温
度分布を均一化し、熱膨張に基づく誘導コイルの一方向
への変形である反りの発生を防止できる。

【００６７】また本発明によれば、画像形成装置は、前
記いずれか１つの誘導加熱装置を含むので、記録紙の搬
送方向に垂直な方向に加熱むらのない良好な品質の画像
を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である誘導加熱装置１の
構成を簡略化して示す平面図である。

【図２】図１に示す誘導加熱装置１の正面図である。

【図３】図１に示す誘導加熱装置１の側面図である。

【図４】図１に示す誘導加熱装置１の概略断面図であ
る。

【図５】図１に示す誘導加熱装置１を備える画像形成装
置２の構成を簡略化して示す概略断面図である。

【図６】誘導コイル７によって発生する磁束２３の状態
を示す部分平面図である。

【図７】屈曲したコイル端部６５を有する誘導コイル６
１によって発生する磁束６２の状態を示す部分平面図で
ある。

【図８】加熱ローラ４の軸線方向の温度分布を示す図で
ある。

【図９】本発明の第２の実施の形態である定着装置に備
わる誘導コイル４５の構成を簡略化して示す概略断面図
である。

【図１０】図９に示す誘導コイル４５の部分平面図であ
る。

【図１１】屈曲したコイル端部７０を有する誘導コイル
７１の構成を簡略化して示す概略断面図である。

【図１２】図１１に示す誘導コイル７１の部分平面図で
ある。

【図１３】間隔Ｗ１が大きく形成された誘導コイル４５
を示す概略断面図である。

【図１４】間隔Ｗ３が小さく形成された誘導コイル４７
を示す概略断面図である。

【図１５】一対のコイル延在部の最内方に配置されるコ
イル素線同志の間隔が加熱ローラ４の昇温特性に及ぼす
影響を示す図である。

【図１６】コイル素線２１を加熱ローラ４の半径方向外
方に向って積層して巻回す状態を示す概略断面図であ
る。

【図１７】コイル素線５４を加熱ローラ４の周方向に順
次巻き位置をずらせながら巻回す状態を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１ 誘導加熱装置 ２ 画像形成装置 ４ 加熱ローラ ６ 加圧ローラ ７，４５ 誘導コイル １２ 温度検出手段 ３１ 可視像形成手段 ４２ 搬送手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）交番磁界中で発熱する導電層を備
   える加熱ローラと、 （ｂ）加熱ローラの外周面から半径方向外方に間隔をあ
   けて設けられ、加熱ローラの外周面を部分的に覆い交番
   磁界を発生する誘導コイルであって、 導電性を有する線状のコイル素線が巻回されてなり、加
   熱ローラの軸線方向に沿って延びる一対の延在コイル部
   と、加熱ローラの軸線方向の両端部付近にそれぞれ配置
   され、各延在コイル部の両端部にそれぞれ連なり、加熱
   ローラの周方向に沿い加熱ローラの軸線に平行な一仮想
   平面への投影形状が直線状に延びる一対のコイル端部と
   を備える誘導コイルと、 （ｃ）加熱ローラの表面温度を検出する温度検出手段と
   を含むことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 【請求項２】 前記誘導コイルは、 一対の延在コイル部の最内方にそれぞれ配置されるコイ
   ル素線同志の間隔Ｗ１が、１２ｍｍ以上に形成されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
3. 【請求項３】 前記間隔Ｗ１が、 より好ましくは２０ｍｍ以上に形成されることを特徴と
   する請求項２記載の誘導加熱装置。
4. 【請求項４】 前記温度検出手段は、 加熱ローラの外周面から半径方向外方かつ延在コイル部
   同志の中間に設けられることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載の誘導加熱装置。
5. 【請求項５】 前記誘導コイルは、 コイル素線が加熱ローラの半径方向に２層以上積層して
   巻回されて形成されることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の誘導加熱装置。
6. 【請求項６】 前記誘導コイルは、 コイル素線を加熱ローラの外周面から半径方向外方に向
   って予め定められた層数を積層して巻回すことを繰返し
   て形成されることを特徴とする請求項５記載の誘導加熱
   装置。
7. 【請求項７】 前記請求項１〜６のいずれかに記載の誘
   導加熱装置と、 記録媒体に可視像を形成する可視像形成手段と、 記録媒体を搬送する搬送手段とを含むことを特徴とする
   画像形成装置。